Transcriptasa inversa

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Transcriptasa inversa

La estructura cristalográfica de la transcriptasa inversa del VIH invertir.[1]
Identificadores

La transcriptasa inversa, transcriptasa reversa o retrotranscriptasa es una enzima de tipo ADN-polimerasa, que tiene como función sintetizar ADN de doble cadena utilizando como molde ARN monocatenario, es decir, catalizar la retrotranscripción o transcripción inversa. Esta enzima se encuentra presente en los retrovirus. Su nombre obedece a que el proceso normal de la transcripción, la que se puede llamar "directa", codifica el ARN a partir de la secuencia inicial de ADN, y no al revés. Una forma sencilla de síntesis de ADN de doble cadena a partir de transcriptasa inversa, también llamada ADN/ARN-polimerasa dirigida, sería partir de un cebador cola de poli-T que establecería bases complementarias con la cola de poli-A del ARN transcrito de la hebra que se va a sintetizar, lo que forma un híbrido ARN/ADN. Dicho híbrido podría separarse mediante ribonucleasas, y después, con la acción de una ADN-polimerasa y un nuevo cebador, ser completada la hebra de ADN de doble cadena. En la biología molecular y la bioquímica, la transcriptasa inversa, también conocida como ADN polimerasa dependiente de ARN, es una enzima ADN polimerasa que transcribe una sola cadena de ARN en una sola cadena de ADN. También ayuda en la formación de una doble hélice de ADN una vez que el ARN ha experimentado una transcripción inversa en una sola cadena de cDNA. La transcripción inversa implica la síntesis de ADN a partir del ARN.

La transcriptasa inversa fue descubierta por Howard Temin en la Universidad de Wisconsin-Madison, y de forma independiente por David Baltimore en 1970 en el MIT. Los dos compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1975 con Renato Dulbecco por su descubrimiento. Transcriptasas inversas bien estudiadas incluyen:

  • VIH-1 de la transcriptasa inversa de humanos de tipo virus de la inmunodeficiencia 1(AP 1HMV)
  • M-MLV transcriptasa inversa del virus de la leucemia murina Moloney
  • La transcriptasa inversa AMV del virus de la mieloblastosis aviar
  • La telomerasa transcriptasa inversa que mantiene a los telómeros de los cromosomas eucariotas

Función de los virus[editar]

La enzima está codificada y utilizada por los virus en la transcripción inversa, utilizan la enzima durante el proceso de replicación. La transcripción inversa de los virus de ARN, como los retrovirus, utilizan la enzima en su genoma para el paso de ARN en ADN, que se integra en el genoma huésped y se replica junto con el. La transcripción inversa de los virus de ADN, como la hepadnavirus, puede permitir que el ARN sirva de plantilla en el montaje, haciendo cadenas de ADN. El VIH infecta a los seres humanos gracias a esta enzima. Sin la transcriptasa reversa, el genoma viral no sería capaz de incorporar-se en la célula huésped, a causa de la incapacidad de estos para replicarse. A diferencia de las bacterias, los retrovirus utilizan como iniciadores los ARN de transferencia codificados en la célula huésped.

Proceso de transcripción inversa[editar]

La transcriptasa inversa crea ADN de cadena simple de ARN de una plantilla.

Los virus que carecen de la transcriptasa inversa sintetizan su ADN gracias a la δ polimerasa codificada del ADN de la célula huésped, que por error confunde el ARN del virus como un iniciador y sintetiza un ADN de doble cadena por la similitud del mecanismo de eliminación de imprimación, donde el ADN de nueva síntesis desplaza el ARN de la plantilla original.

El proceso de transcripción inversa es muy propenso a errores y es durante este paso que las mutaciones pueden ocurrir. Estas mutaciones pueden causar resistencia a los medicamentos.

Proceso de transcripción inversa en el virus de clase VI[editar]

Reverse transcription.svg

Virus de clase VI ssARN-TR, también llamado retrovirus son virus de ARN de transcripción inversa con un ADN intermedio. Su genoma consta de dos moléculas de sentido positivo de cadena sencilla de ARN con tapa de un 5 'y 3' de la cola poliadenilado. Ejemplos de retrovirus son virus de inmunodeficiencia humana (VIH) y T-virus linfotrópico humano (HTLV). Tiene lugar en el citosol.[2] La creación de ADN de doble cadena se produce en una serie de pasos:

  1. Un tRNA especifico celular actúa como un primer y se mezcla en una parte complementaria del genoma del virus llamado el sitio de unión del primer o PBS.
  2. ADN complementario se une a la U5 (región no codificante) y la región R (una repetición directa que se encuentra en ambos extremos de la molécula de ARN) del ARN viral
  3. Un dominio de la enzima transcriptasa inversa llamada RNAsa H degrada el extremo 5 'del ARN que elimina la U5 y la región R
  4. Salta el primer luego 'al extremo 3' del genoma viral y las hebras de ADN recién sintetizado híbrida con la región R complementarias en el ARN
  5. La primera hebra de ADN complementario (ADNc) es extendida y la mayoría de ARN viral es degradado por la RNasa H
  6. Una vez que la cadena se completa, la síntesis de la segunda hebra se inicia desde el ARN viral
  7. Hay otra 'salto' en el PBS de la segunda cadena se mezcla con el PBS complementario de la primera hebra.
  8. Ambas corrientes se extienden más allá y pueden incorporarse al genoma del huésped gracias a la enzima integrasa.

La creación de doble hélice del ADN también implica la transferencia de cadena, en el que hay una translocación del producto corto de ADN de síntesis inicial de ARN dependiente de ADN a aceptor regiones de plantilla en el otro extremo del genoma, que después se alcanzó y procesados por la transcriptasa inversa para su ADN-ADN dependientes de la actividad.[3]


El retroviral RNA está organizado en 5 'a la terminal 3'. El iniciador es recocido por el ARN viral en el sitio de unión del primer (PBS). La 5'terminal del ARN es llamado U5, y el ARN 3 'se llama el líder. El primer ARNt que se desarrolló constaba de 14-22 nucleótidos y constituye una base pareada dúplex con el ARN viral en PBS. Es inusual que el PBS se localice cerca de la 5 'terminal del ARN viral debido a la transcriptasa inversa sintetiza ADN de extremo 3' de la cadena en la dirección 5 'a 3'. Por lo tanto, el primer y la transcriptasa inversa deben ser reubicado en el extremo 3 'del ARN viral. Para llevar a cabo esta reposición, hay medidas múltiples y diversas enzimas como la ADN polimerasa, H ribonucleasa (RNasa H) y polinucleótidos simples son necesarios.[4]


La transcriptasa inversa del VIH también tiene actividad ribonucleasa es decir que degrada el ARN viral durante la síntesis de DNA, así como de ADN dependendiente de la actividad de la ADN polimerasa que copia el sentido cadena de cDNA en un ADN antisentido para formar una doble hélice del ADN viral intermedia (vDNA).[5]

En los eucariotas[editar]

Los tramos auto-replicantes del genoma eucariota conocidos como retrotransposones utilizan la transcriptasa inversa para pasar de una posición en el genoma a otro a través de un intermediario de ARN. Se encuentran abundantemente en los genomas de plantas y animales. La telomerasa es otra transcriptasa inversa de los eucariotas, incluyendo los seres humanos, que lleva su propia plantilla de ARN que es utilizado para la replicación del ADN.[6]

En las procariotas[editar]

Las transcriptasa inversas también se encuentran en las bacterias Retron msr RNAs, distintas secuencias que codifican para la transcriptasa inversa, y se utilizan en la síntesis de msDNA. Con el fin de iniciar la síntesis de ADN, se necesita un primer. En las bacterias, el primer se sintetiza durante la replicación.[7]

Estructura[editar]

Las enzimas transcriptasa inversa incluyen un ARN polimerasa de ADN dependiente y un ADN polimerasa dependiente de ADN, que trabajan juntos para llevar a cabo la transcripción. Además de la función de la transcripción, las transcriptasas inversas antirretrovirales tienen un dominio perteneciente a la familia de la RNasa H, que es vital para su replicación.

Fidelidad de la replicación[editar]

Hay tres diferentes sistemas de replicación durante el ciclo de vida de un retrovirus. En primer lugar, la transcriptasa inversa sintetizan ADN viral del ARN del virus y, a continuación de la recién creada cadena de ADN complementarias. El segundo proceso de replicación celular se produce cuando la polimerasa de ADN de la célula huésped replica el ADN viral integrado. Por último, la ARN polimerasa II transcribe el ADN proviral en ARN, que se coloca en viriones. Por lo tanto, la mutación puede ocurrir durante uno o todos estos pasos de la replicación.[8]


La transcriptasa inversa tiene una elevada tasa de error al transcribir el ARN en ADN, ya que, a diferencia de ADN polimerasas, no tiene la capacidad de corrección de errores. Esta elevada tasa de error permite que las mutaciones que se acumulen a un ritmo acelerado con respecto a la corrección de las formas de replicación. La transcriptasa inversa disponible comercialmente producida por Promega es posee una tasa de error con en el rango de 1 de cada 17.000 bases de la AMV y 1 de cada 30.000 bases de la M-MLV[9]

Aplicaciones[editar]

La estructura molecular de la zidovudina (AZT), un medicamento utilizado para inhibir la transcriptasa inversa del VIH inversa

Los medicamentos antivirales[editar]

Como el VIH utiliza la transcriptasa inversa para copiar su material genético y generar nuevos virus (parte de un círculo proliferación retrovirus), fármacos específicos han sido diseñados para interrumpir el proceso y por lo tanto suprimir su crecimiento. Colectivamente, estos fármacos son conocidos como inhibidores de transcriptasa inversa e incluyen los nucleósidos y análogos de nucleósidos zidovudina (nombre comercial de Retrovir), lamivudina (Epivir) y tenofovir (Viread), así como los inhibidores no nucleósidos, como la nevirapina (Viramune).

Biología molecular[editar]

La transcriptasa inversa se utiliza comúnmente en la investigación para aplicar la técnica de la reacción de transcripción inversa de la cadena de la polimerasa (RT-PCR). La técnica de PCR clásica sólo puede aplicarse a cadenas de ADN, pero, con la ayuda de la transcriptasa inversa, el ARN puede ser transcrito en el ADN, lo que hace el análisis de PCR de moléculas de ARN posible. La transcriptasa inversa se utiliza también para crear bibliotecas de cDNA de ARNm. La disponibilidad comercial de la transcriptasa inversa ha mejorado considerablemente el conocimiento de la biología molecular, ya que, junto a otras enzimas, permitió a los científicos clonar, la secuencia de ADN y caracterizarla.

Historia[editar]

La idea de la transcripción inversa era muy impopular en un principio, ya que contradice el dogma central de la biología molecular, que establece que el ADN se transcribe en ARN que se traduce en proteínas. Sin embargo, en 1970, cuando los científicos Howard Temin y David Baltimore descubrió de forma independiente tanto de la enzima responsable de la transcripción inversa, llamada transcriptasa inversa, la posibilidad de que la información genética podría ser transmitida de esta manera fue finalmente aceptada.

Véase también[editar]

  • biblioteca de la DNA
  • ADN polimerasa
  • msDNA
  • El virus de la transcripción inversa
  • ARN polimerasa
  • Telomerasa
  • Marcador retrotransposón

Referencias[editar]

  1. PDB 3KLF ; Tu X, Das K, Han Q, Bauman JD, Clark AD Jr, Hou X, Frenkel YV, Gaffney BL, Jones RA, Boyer PL, Hughes SH, Sarafianos SG, Arnold E (September 2010). «Structural basis of HIV-1 resistance to AZT by excision.». Nat. Struct. Mol. Biol. 17 (10):  pp. 1202–9. doi:10.1038/nsmb.1908. PMID 20852643. 
  2. Bio-Medicine.org - Retrovirus Retrieved on 17 Feb, 2009
  3. Telesnitsky, A., Goff, S.P. (1993). «Strong-stop strand transfer during reverse transcription». En Skalka, M. A., Goff, S.P. Reverse transcriptase (1st edición). New York: Cold Spring Harbor. p. 49. ISBN 0-87969-382-7. 
  4. Bernstein, A.; Weiss, Robin; Tooze, John (1985). «RNA tumor viruses». Molecular Biology of Tumor Viruses (2nd edición). Cold Spring Harbor, N.Y: Cold Spring Harbor Laboratory. 
  5. Doc Kaiser's Microbiology Home Page > IV. VIRUSES > F. ANIMAL VIRUS LIFE CYCLES > 3. The Life Cycle of HIV Community College of Baltimore County. Updated: Jan., 2008
  6. Monty Krieger; Matthew P Scott; Matsudaira, Paul T.; Lodish, Harvey F.; Darnell, James E.; Lawrence Zipursky; Kaiser, Chris; Arnold Berk (2004). Molecular cell biology (5th edición). New York: W.H. Freeman and CO. ISBN 0-7167-4366-3. 
  7. Hurwitz J, Leis JP (January 1972). «RNA-dependent DNA polymerase activity of RNA tumor viruses. I. Directing influence of DNA in the reaction». J. Virol. 9 (1):  pp. 116–29. PMID 4333538. 
  8. Bbenek, K., Kunkel, A. T (1993). «The fidelity of retroviral reverse transcriptases». En Skalka, M. A., Goff, P. S. Reverse transcriptase. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. pp. p. 85. ISBN 0-87969-382-7. 
  9. Promega kit instruction manual (1999)

Enlaces externos[editar]